專利名稱：用于對工業(yè)設(shè)備運行中的復雜生產(chǎn)順序進行優(yōu)化規(guī)劃的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在程序技術(shù)上(programmtechnischen)使用混合整數(shù)優(yōu)化方法條件下對工業(yè)設(shè)備運行中、尤其是鋼鐵工業(yè)、金屬加工工業(yè)、制藥和/或化學工業(yè)設(shè)備運行中的復雜生產(chǎn)順序進行優(yōu)化規(guī)劃的方法。 此外，本發(fā)明還包括一種用于實施該方法的相應(yīng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在大工業(yè)生產(chǎn)中，由于待制造產(chǎn)品的巨大數(shù)量或件數(shù)以及難以置信的原料量或批量和過程流程的復雜性，需要特殊的規(guī)劃技術(shù)上的努力來保證平穩(wěn)且無間斷的生產(chǎn)過程或設(shè)備運行，以避免例如由于設(shè)備運行時的非期望的停機時間、尤其是在產(chǎn)品更換時的轉(zhuǎn)換工作和/或清潔工作所引起的經(jīng)濟損失。 上述情況尤其適用于鋼鐵工業(yè)，其中通過適當?shù)剡x擇各個板坯(Bramme)或鋼坯(Stahlrohling)(其在其幾何尺寸和鋼質(zhì)量方面顯著不同)的順序，可以保證有待繼續(xù)加工的鋼坯和/或鐵錠的盡可能連續(xù)的鑄造過程。相應(yīng)情況還可以應(yīng)用于借助于軋鋼機對所產(chǎn)生的坯進行繼續(xù)加工的情形以及應(yīng)用于化學/制藥工業(yè)和/或纖維素或造紙工業(yè)。同樣在這里，為了保證盡可能高效的生產(chǎn)過程，應(yīng)該遵守根據(jù)請求或根據(jù)規(guī)格的優(yōu)化產(chǎn)品順序或生產(chǎn)順序、例如片材的順序。在此，規(guī)格數(shù)據(jù)可以包括對物理、化學和/或幾何特征的說明，所述物理、化學和/或幾何特征例如是厚度、長度、寬度、密度、結(jié)構(gòu)、彈性、硬度、化學成分。 在Grossman禾口 Harjunkoski的文章"A decomposition approach for thescheduling of a steel plant production" (Computers andChemical Engineering, 25，2001，第1647-1660頁)中說明了一種在鋼煉制中用于確定產(chǎn)品順序的公知方法。在上述文章中，所基于的是通過在時間上延長或擴展連續(xù)的鑄造序列來實現(xiàn)生產(chǎn)運行的效率提高，這在鋼煉制或產(chǎn)生中意味著停機時間或故障時間的減少。通過按照產(chǎn)品特性參數(shù)(例如供貨日期、寬度、質(zhì)量和厚度)對要根據(jù)訂單來制造的鋼坯進行預分類來實現(xiàn)鋼廠的效率提高，其方式是將同樣質(zhì)量和厚度的錠歸到一個產(chǎn)品系列中。然后，在一個產(chǎn)品系列中形成相應(yīng)的鑄造序列，然而其中在鑄造序列中的缺點是從前一個錠至下一個錠的鋼坯寬度必須保持相同或者減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)是，給出一種在例如來自鋼鐵、制藥和/或化學工業(yè)的工業(yè)設(shè)備運行中改善復雜生產(chǎn)順序的規(guī)劃的可能性。 通過具有獨立權(quán)利要求特征的、在開始時所述類型的方法和系統(tǒng)來解決前述任
務(wù)。在下面的說明書部分以及在從屬權(quán)利要求中說明本發(fā)明的優(yōu)選擴展方案。 根據(jù)本發(fā)明，通過對建立在混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)的方法和算法上的混合整
4數(shù)優(yōu)化方法進行程序技術(shù)上的應(yīng)用，并且在處理和/或包括預先確定規(guī)則和產(chǎn)品特性參數(shù)
以及操作設(shè)備特性參數(shù)的情況下，逐步地執(zhí)行對待制造產(chǎn)品的、取決于訂單的優(yōu)化分組和
優(yōu)化排序，并且確定優(yōu)化的產(chǎn)品順序或生產(chǎn)順序，以便對尤其是鋼鐵和/或纖維素和/或造
紙和/或化學/制藥工業(yè)中的工業(yè)設(shè)備運行中的復雜生產(chǎn)順序進行優(yōu)化規(guī)劃。 為此，在第一步驟中，根據(jù)產(chǎn)品特性參數(shù)以及通過操作設(shè)備特性參數(shù)和/或尤其
是由制造過程共同確定的另外的可預先給出的規(guī)則來執(zhí)行待制造產(chǎn)品的有序的預分類，
其中所述產(chǎn)品特性參數(shù)例如是相應(yīng)產(chǎn)品的供貨時間、長度、寬度、厚度、高度、重量、密度、品
質(zhì)、質(zhì)量、凈度、強度、彈性和化學成分，所述操作設(shè)備特性參數(shù)例如可以涉及操作設(shè)備的可
用性、狀態(tài)、生產(chǎn)能力、消耗、可達到的質(zhì)量和/或生產(chǎn)速度、滿負荷、容量依賴性和/或聯(lián)結(jié)
(Verkn ilpf皿gen)、運行信息及時間、停機信息及時間和/或維護信息及時間、產(chǎn)品和/或
過程路徑及時間、尤其是還涉及生產(chǎn)量(Durchlauf)或者周期時間。 在此，前述規(guī)則基本上考慮相應(yīng)制造過程和/或用于產(chǎn)品制造的設(shè)備運行的幾何、化學和/或物理要求和/或限制。 在此，幾何規(guī)則在很大程度上考慮取決于用于制造所使用的操作設(shè)備的或取決于可使用的基礎(chǔ)設(shè)施的限制和/或框架條件。 化學規(guī)則例如考慮待制造產(chǎn)品的不同化學成分以及其制造分別需要的原料、輔料和工廠運行用料，其中應(yīng)該保證，第二個產(chǎn)品可以在沒有較大經(jīng)濟和/或技術(shù)成本(例如對用于制造第一個產(chǎn)品的操作設(shè)備的清潔工作)的情況下跟隨前面的第一個產(chǎn)品。相應(yīng)地，例如在煉鋼時，具有所要求的非常低含碳量的鋼總是在具有較高含碳量的鋼之前被鑄造或制造，也就是說，應(yīng)該以增加的含碳量來考慮產(chǎn)品或鋼的順序。此外應(yīng)該保證，實際上可以制造根據(jù)訂單所要求的規(guī)格的彼此相繼的產(chǎn)品組。例如，某些高純度鋼(所謂的"washgrade")的制造過程在過程準備中以要用于制造的操作設(shè)備的徹底清潔為條件，以便去除前面的熔融物或鋼的污染和/或殘余。 在此，物理規(guī)則尤其是考慮要遵守的與制造過程有關(guān)的物理量(例如溫度、壓力)以及一般要遵守的、所使用的不同操作設(shè)備的規(guī)定和設(shè)置。 在第二步驟中，將經(jīng)過預分類的列表分成單個的產(chǎn)品系列，并且在每個產(chǎn)品系列中，基于規(guī)則借助于至少一個可預選的產(chǎn)品特性參數(shù)(例如質(zhì)量和/或?qū)挾?將要制造的產(chǎn)品分組成單個的產(chǎn)品組。 在第三步驟中，取決于特性參數(shù)并且基于規(guī)則地為每個產(chǎn)品組建立數(shù)學模型。包括被嵌入在MILP方案中的要優(yōu)化的目標函數(shù)(例如設(shè)備運行的最小停機時間或者連續(xù)的生產(chǎn)過程或者最少的次品)在內(nèi)的該數(shù)學模型包含所有用于執(zhí)行成功排序所需的信息。
根據(jù)本方法，允許或使得在每個產(chǎn)品組的產(chǎn)品順序中產(chǎn)品特性參數(shù)能夠保持不變和/或上升或增加或者保持不變和/或降低或減少。
在此該數(shù)學模型必須提供前述靈活性。 最后，在第四步驟中，通過對數(shù)學模型應(yīng)用常見的MILP解決方法，執(zhí)行并實現(xiàn)對每個產(chǎn)品組中的產(chǎn)品、產(chǎn)品系列中的產(chǎn)品組以及進而產(chǎn)品系列中的產(chǎn)品的優(yōu)化排序。
根據(jù)本發(fā)明的方法的實施優(yōu)選地借助于用于對尤其是鋼鐵和/或纖維素和/或造紙和/或化學/制藥工業(yè)的工業(yè)設(shè)備運行中的復雜生產(chǎn)順序進行優(yōu)化規(guī)劃的系統(tǒng)來進行，所述系統(tǒng)具有用于對建立在混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)方法和算法上的混合整數(shù)優(yōu)化方法以程序技術(shù)方式進行應(yīng)用的設(shè)備，其中設(shè)置有如下設(shè)備所述設(shè)備被構(gòu)造為在處理和/或包括或遵守預先確定規(guī)則和產(chǎn)品特性參數(shù)以及操作設(shè)備特性參數(shù)的情況下，逐步地執(zhí)行將待制造的產(chǎn)品優(yōu)化分組和優(yōu)化排序成產(chǎn)品系列和產(chǎn)品組，并且確定優(yōu)化的產(chǎn)品順序或生產(chǎn)順序。 —種計算機程序，其具有根據(jù)本發(fā)明方法的特征并且通過適當?shù)挠布韺嵤鲇布绕涫蔷哂休斎牒惋@示裝置以及在必要時具有網(wǎng)絡(luò)和/或因特網(wǎng)連接的數(shù)據(jù)處理裝置并且該數(shù)據(jù)處理裝置在必要時與數(shù)據(jù)存儲器一起工作，該計算機程序?qū)е乱环N根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的優(yōu)選實施形式。 一種計算機程序、尤其是存儲在數(shù)據(jù)載體上的計算機程序，所述計算機程序具有根據(jù)本發(fā)明方法的特征，因此該計算機程序被明確地包括在本申請的公開內(nèi)容中。 本發(fā)明的這些和其它的有利實施方式和擴展方案是從屬權(quán)利要求的主題。


借助于本發(fā)明的在附圖中所示的實施例來進一步闡述和說明本發(fā)明、本發(fā)明的優(yōu)
選擴展方案和特別優(yōu)點。
其中 圖1示出基于鋼煉制過程的示例
圖2示出示例性的方法流程 圖3示出在具有產(chǎn)品特性參數(shù)一 品質(zhì)、寬度、厚度 一 的序列或產(chǎn)品組中的示例性預分類 圖4示出基于根據(jù)圖3的預分類的復雜性矩陣 圖5示出待制造產(chǎn)品的優(yōu)化分組和排序，其中前提條件為在一個序列中寬度只減少 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的、待制造產(chǎn)品的優(yōu)化分組和排序
圖7示出具有根據(jù)本發(fā)明所實施的示例性系統(tǒng)的整體布置 以示例性方式基于圖1所示的、鋼廠中的鋼煉制過程來進行對本發(fā)明的其它說明。
具體實施例方式
在這里所基于的示例性鋼煉制過程中，使用兩個饋電電弧爐Ol和02作為高爐，這兩個電弧爐交替運行，并且在其中熔化的新鋼與廢鐵或廢鋼相結(jié)合或摻混熔化。此外，使用氬氧脫碳單元D1來對熔融物(Schmelze)進行冶金處理，以便減少熔融物中的含碳量、即所謂的"精煉"；以及使用具有冶金裝置的澆包G1、例如所謂的"轉(zhuǎn)爐"來監(jiān)視以及調(diào)節(jié)熔融物的化學成分和溫度。在連鑄設(shè)備S1中借助于現(xiàn)代連鑄方法來進行液態(tài)鋼的最終鑄造，這保證了恒定的固化和所生產(chǎn)的板坯(鋼坯)和/或圓材的優(yōu)化的構(gòu)造。在此，連續(xù)的鑄造過程通常包括8-10次填爐(Ofenbefuellung)。如果已經(jīng)處理過這些填爐，則在連鑄設(shè)備處執(zhí)行正常的維護工作和/或保養(yǎng)措施。因此，維護周期大約是8-10次處理完成填爐或熔化。
鋼煉制是具有較高能量需求的時間非常關(guān)鍵的過程，其中涉及鋼煉制過程的流程的規(guī)劃決策一般仍然以人工方式、即由專家做出，這尤其在高度復雜的過程流程和許多要
6考慮的框架條件的情況下被證實是困難的或者幾乎不可能。 在此，由于許多要考慮和要滿足的規(guī)則和/或框架條件以便實現(xiàn)所要求的鋼質(zhì)量，尤其是最后一個處理步驟、即將熔融物連續(xù)鑄造成根據(jù)訂單的板坯和/或圓材是從規(guī)劃的角度來看最難實現(xiàn)的過程。 在此，前述規(guī)則基本上包括幾何結(jié)構(gòu)、化學和/或物理規(guī)則和/或要求。但是，也可以考慮特定于操作設(shè)備的規(guī)則和/或特性參數(shù)。所述規(guī)則和/或特性參數(shù)例如包括(獨立地或者以組合方式)操作設(shè)備的可用性、狀態(tài)、生產(chǎn)能力、消耗、可達到的質(zhì)量和/或生產(chǎn)速度、滿負荷、容量依賴性和/或聯(lián)結(jié)、運行信息及時間、停機和/或維護信息以及時間。還可以有利地包括產(chǎn)品路徑及時間和/或過程路徑及時間，尤其是還包括生產(chǎn)量或者周期時間。 在此，幾何規(guī)則很大程度上受到與生產(chǎn)所使用的操作設(shè)備或可使用的基礎(chǔ)設(shè)施有關(guān)的限制和/或框架條件的約束，因此公知的方法尤其是基于鋼煉制時制造過程只能按鑄造模型和/或產(chǎn)品的寬度減小的順序執(zhí)行。 化學規(guī)則例如考慮生產(chǎn)不同鋼所需的反應(yīng)物和/或摻雜物，其中
應(yīng)該保證，下一次熔化可以跟隨前一次而不需要較大的成本(例如對澆包的清潔工作)，因此要求非常低含碳量的產(chǎn)品或鋼總是在具有較高含碳量的產(chǎn)品之前被鑄造，也就是說應(yīng)該考慮具有增加的含碳量的產(chǎn)品或鋼的順序，以及 *應(yīng)該保證，實際上可以生產(chǎn)所要求規(guī)格的彼此相繼的產(chǎn)品組，例如某些高純度的鋼和/或不銹鋼，即所謂的"wash grade",要求在制造過程開始之前全面清潔要使用的操作設(shè)備，以便例如除去前一次熔化或鋼和/或鑄造過程的污染物和殘渣。
在此，物理規(guī)則尤其是涉及要遵守的溫度(例如爐、熔化物和/或所使用的操作設(shè)備的關(guān)鍵溫度)，以及所使用的不同操作設(shè)備通常要遵守的規(guī)范和設(shè)置。例如，對所鑄造的板坯或鋼坯("slab"，板)的厚度改變是依賴于時間的過程，在有可能時應(yīng)該避免該過程。所使用的操作設(shè)備也具有限制，所以在必須執(zhí)行廣泛的維護之前，連鑄設(shè)備即"caster (連鑄機)"只允許8次填爐("heat"，加熱)或熔化進料。 在此，應(yīng)該在例如兩個彼此相繼的熔化進料和其所基于的產(chǎn)品分組之間、以及在每次序列更換時遵守或應(yīng)用前述規(guī)則。在一般包括8至10次熔化進料和/或填爐的序列內(nèi)，有可能進行連續(xù)的、無間斷的鑄造過程。然而，序列變換取決于維護和/或保養(yǎng)措施的執(zhí)行，使得生產(chǎn)或連鑄過程必須中斷。因此，人們試圖實現(xiàn)盡可能長的鑄造序列，以便減少設(shè)備運行的停機時間或生產(chǎn)故障并相應(yīng)地提高設(shè)備運行或生產(chǎn)過程的效率。然而不長于所提供的維護時間間隔。 如果需要對操作設(shè)備、在這里是連鑄設(shè)備進行改建以便根據(jù)訂單制造不同產(chǎn)品、
尤其是例如具有不同幾何尺寸的鋼坯，則例如出現(xiàn)連續(xù)鑄造過程的中斷。 為使設(shè)備運行、在這里是連鑄設(shè)備的停機時間減少到最小值并且在盡可能長的時
間段內(nèi)執(zhí)行盡可能高效的連續(xù)制造過程，則產(chǎn)品順序的優(yōu)化規(guī)劃是不可避免的。 為此，如在圖2中所示出的那樣，在第一步驟S1中，根據(jù)相應(yīng)產(chǎn)品的訂單存量信息
以及所包含的產(chǎn)品特性參數(shù)2—例如相應(yīng)產(chǎn)品的供貨日期、寬度、質(zhì)量("quality")、品質(zhì)
("grade",等級)和厚度 一 以及通過預先確定規(guī)則(所述預先確定規(guī)則尤其是通過制造
過程和/或現(xiàn)有的操作設(shè)備共同確定)如下地來執(zhí)行對要制造的產(chǎn)品有序預分類
1.按照到期日期
2.按照寬度
3.按照質(zhì)量 4.按照品質(zhì)等級和/或化學成分
5.按照厚度，以及許多類似因素， 其中可以使用或可以處理每個特性參數(shù)和因素，這些特性參數(shù)和因素能影響相應(yīng)的生產(chǎn)順序和/或過程序列、尤其是鑄造過程。 在此，前述規(guī)則基本上考慮對鋼生產(chǎn)過程和/或?qū)τ糜诋a(chǎn)品制造的連鑄設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)、化學和/或物理要求和/或限制，和/或存在的運行設(shè)備的狀態(tài)、性能和/或運行信息。 在第二步驟4中，要制造產(chǎn)品的連續(xù)預分類的列表被細分成單個的產(chǎn)品系列，其
中所有的例如具有相同厚度和品質(zhì)的產(chǎn)品都可以分別形成的產(chǎn)品系列。 在每個產(chǎn)品系列中，又可以有利地借助于至少一個可預選的產(chǎn)品特性參數(shù)(尤其
是質(zhì)量和/或?qū)挾?基于規(guī)則地將待制造產(chǎn)品分組成各個產(chǎn)品組，其中在一個產(chǎn)品組內(nèi)不
應(yīng)該包含多于8個產(chǎn)品。 如果鑄造序列(即所需的熔化或填爐的次數(shù))在此已經(jīng)不能被例如CPM(Corporate Performance Management,公司績效管理)系統(tǒng)作為特性參數(shù)而預先給定，則該澆鑄序列可以以所說明的方法來確定。尤其是通過預先給定送爐料的次數(shù)來對自由度進行限制能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的優(yōu)化，從而預先給定上限值和下限值來尤其是作為另外的特性參數(shù)或規(guī)則看起來是有利的。在此，上限值可以直接從預分類中獲得，其中下限值可以從理論上估計出。 關(guān)于品質(zhì)要求說明的是，存在大量產(chǎn)品，它們經(jīng)受非常高純度規(guī)定，這例如涉及鎳污染。這種考慮尤其是在制藥和/或化學工業(yè)中也是特別重要的。確定的純度等級或成分和/或確定品質(zhì)是重要的這樣的產(chǎn)品或產(chǎn)品組通常按照所謂的"wash grade"或以所謂的"wash grade"的順序來生產(chǎn)，其中實施這種要求和/或產(chǎn)品的方式必須分開確定。因此，最簡單的方式是，按順序或序列緊接著各自對應(yīng)的"wash grade"來生產(chǎn)這種品質(zhì)。
在第三步驟6中，針對每個產(chǎn)品組，首先取決于特性參數(shù)并且基于規(guī)則建立數(shù)學模型以及建立復雜性矩陣作為該數(shù)學模型的初始階段，該復雜性矩陣表示混合整數(shù)優(yōu)化方法所基于的復雜的和/或非線性的規(guī)則并且對所有相應(yīng)的可能產(chǎn)品對進行映射。在此，主要考慮和包括化學規(guī)則和特性值。在此，矩陣元素可以假設(shè)為值0或1。如果在產(chǎn)品i之后可以制造產(chǎn)品i'，則矩陣元素P ，具有值1。如果不是這種情況，則矩陣元素P 具有值0。有利地，也可以在相應(yīng)預備的數(shù)據(jù)庫、即flat-file (平面文件)(分層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))或程序存儲器中例如也以表格形式來存儲并提供這些復雜性信息。被嵌入到MILP方案(Ansatz)中的數(shù)學模型與要優(yōu)化的目標函數(shù)和/或其系數(shù)(例如設(shè)備運行的最小停機時間或連續(xù)的生產(chǎn)過程)為執(zhí)行成功的排序提供所有需要的信息或滿足執(zhí)行成功排序的所有前提條件。
因此，首先在每個產(chǎn)品系列中確定優(yōu)化的產(chǎn)品或生產(chǎn)順序。 同樣可以有利的是例如在不確切地已知(模糊的)過程參數(shù)和/或操作設(shè)備信息的情況下，只在部分區(qū)域上執(zhí)行優(yōu)化；在完整的參數(shù)集和/或操作設(shè)備信息的情況下，針對所有生產(chǎn)序列或者只針對生產(chǎn)序列尤其是鑄造序列的較小部分來執(zhí)行優(yōu)化。
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只有在可以以組合方式來使用單個結(jié)果時，只對產(chǎn)品序列的一部分進行優(yōu)化或者單個序列進行優(yōu)化才有意義，這可以有利地以如下方式來實現(xiàn)在另外步驟中使單個的生產(chǎn)順序或產(chǎn)品順序相互聯(lián)結(jié)和/或相關(guān)。為了避免沖突并縮短等待時間，這在必要時還可能導致對相應(yīng)可用資源尤其是操作設(shè)備的重新分配或者適配，或者決定了所述重新分配或者適配。 此外，至少對于鋼煉制和/或處理(鋼鐵工業(yè))的領(lǐng)域來說，相應(yīng)地允許每個產(chǎn)品組中的產(chǎn)品順序中例如寬度保持不變和/或上升或增加或者保持不變和/或降低或減小。
在此，數(shù)學模型必須符合前述靈活性，并且可以以如下形式給出
對4種情況、即Cl， C2， C3和C4進行區(qū)分以便說明相關(guān)性
Cl :Pii, = 1， Wi《Wi, ， ti《V
C2 :Pii, = 1， Wi,《Wi，、《ti,
C3 :Pi, i = 1， Wi,《Wi， V《ti
C4 :Pi, i = 1， Wi《Wi, ， ti,《ti，
其中，w是相應(yīng)產(chǎn)品的寬度，并且t是說明相應(yīng)產(chǎn),為規(guī)則應(yīng)該注意的是，具有類型編號為1、也就是具有較高品J編號為2、也就是具有較低品質(zhì)的產(chǎn)品之前鑄造或制造。 Zg是二進制變量，其在序列g(shù)被使用時被假設(shè)值為1、即至少包含一個產(chǎn)品，否則Zg的值為0。目標在于使序列或產(chǎn)品組的總數(shù)最小。由
下面的關(guān)系Rl表達
:品的品質(zhì)的類型編號。在此，作,質(zhì)的產(chǎn)品必須總是在具有類型
<formula>formula see original document page 9</formula>
說明的那樣，每個產(chǎn)品必須被明確地分配給僅僅一個產(chǎn)品組g，其中在產(chǎn)品組中的產(chǎn),大數(shù)量應(yīng)該遵守的上限M^，這由關(guān)系R3表明。未被使用的產(chǎn)品組的變量的值為0。I說明要制造的產(chǎn)品的數(shù)量。 <formula>formula see original document page 9</formula>
在此，G說明對所需要的最多組數(shù)的估計。
通過二進制變量Xig將產(chǎn)品i分配給產(chǎn)品組g。在此，如通過目標函數(shù)或關(guān)系R2所
5的最在此，
/E乂 當在產(chǎn)品組或序列g(shù)中產(chǎn)品寬度w增加時，cig是具有值為1的二進制變量。qig是用于弱化或模糊針對序列的最后一個產(chǎn)品給出的某些目標函數(shù)的變量。在寬度增加(a=1)的產(chǎn)品組內(nèi)的產(chǎn)品順序中，對于除序列中最后一個產(chǎn)品外的所有產(chǎn)品，必須給出由關(guān)系R4所表達的適當?shù)暮罄m(xù)產(chǎn)品。目標函數(shù)或關(guān)系R5說明在產(chǎn)品順序中寬度減小(a =0)
的相應(yīng)情況。
<formula>formula see original document page 9</formula>
與前述兩個目標函數(shù)或關(guān)系R4和R5相對應(yīng)地，兩個隨后的目標函數(shù)R6 (針對序列中的寬度增加)以及R7(針對序列中的寬度減小)說明如下情況除了產(chǎn)品組或序列的產(chǎn)品順序中的第一個產(chǎn)品之外的所有產(chǎn)品必須具有適當?shù)那耙粋€產(chǎn)品。針對序列中的第一
<formula>formula see original document page 10</formula>目標函數(shù)由變量rig被弱化(abgeschwaecht)
因為產(chǎn)品組中的產(chǎn)品的順序不能被直接控制，所以需要兩個另外的目標函數(shù)R8和R9以排除錯誤或不相容對于產(chǎn)品組的序列或產(chǎn)品順序中的上升或增加的寬度，目標函數(shù)R8防止出現(xiàn)具有更大寬度和更小類型編號、即更高品質(zhì)的產(chǎn)品以及具有更小寬度和更高類型編號、即更低品質(zhì)的產(chǎn)品。第二目標函數(shù)或關(guān)系R9說明了在序列中寬度減小的相應(yīng)情況。在這里應(yīng)該注意的是，在根據(jù)品質(zhì)將產(chǎn)品進行預分類的情況下，下標比較就足夠了。
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關(guān)系RIO和Rll允許每組恰好兩個例外、即針對序列的第一個和最后一個產(chǎn)(VgeG (R10)
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另外的目標函數(shù)或關(guān)系用于對搜索空間進行進一步限制或用于使模型嚴密。對于不存在的序列，用于指示序列中增加的寬度的"flag(標記)"被設(shè)為0，參見關(guān)系R12。產(chǎn)品組根據(jù)在其中所包含的產(chǎn)品數(shù)量被安排，參見關(guān)系R13。附加地，等式R14使得有效的(aktiven)組被設(shè)置在前面。通過預分類來達到可形成的組的數(shù)量|G| 。這些關(guān)系中的某些在優(yōu)化之后顯得冗余是正常的。
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針對順序中的第一個和最后一個產(chǎn)品的例外變量是在o與i之間的范圍中的實數(shù)
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最后，在第四步驟中，通過對復雜性矩陣或數(shù)學模型應(yīng)用常見的MILP求解方法并且應(yīng)用通過前述目標函數(shù)所給出的模型的求解，實現(xiàn)了對每個產(chǎn)品組中的產(chǎn)品、每個產(chǎn)品系列中的產(chǎn)品組、進而每個產(chǎn)品系列中的產(chǎn)品的優(yōu)化排序。 在圖3中示出利用產(chǎn)品特性參數(shù)一品質(zhì)、寬度、厚度一來預分類成序列或產(chǎn)品組的示例。在預分類之后，存在5個通過粗的水平線所分隔開的序列。在此的前提條件是，應(yīng)該以順序101A — 101B — 101C — 101來制造不同品質(zhì)的產(chǎn)品并且兩個彼此相繼的產(chǎn)品之間的最大寬度變化必須是7. 0個單位。 在圖4中示出基于圖3所示的預分類的復雜性矩陣。 在圖5中示出基于圖3和圖4的在假設(shè)序列中寬度僅僅減小情況下的對要制造產(chǎn)品的優(yōu)化分組和排序。 在圖6中示出根據(jù)圖3和圖4的對要制造產(chǎn)品的根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)化分組和排序。
此外，在圖7中示出來自鋼鐵工業(yè)的工業(yè)設(shè)備運行的總體概念或總體布置，該總體概念或總體布置具有多個組件并且包括在工業(yè)設(shè)備運行中對復雜生產(chǎn)順序進行優(yōu)化規(guī)劃的示例性構(gòu)造的系統(tǒng)，其中根據(jù)系統(tǒng)相互作用.利用用于資源規(guī)劃和/或管理的ERP (Enterprise ResourcePlanning，企業(yè)資源規(guī)劃)的組件12，可以將訂單信息傳輸給CPM(Collaborative Production Management,協(xié)作生產(chǎn)管理)組件和/或MES (Manufacturing Execution System,制造執(zhí)行系統(tǒng))，其中CPM組件也就是用于分析并報告以及用于規(guī)劃和診斷的組件，MES也就是用于生產(chǎn)管理的、具有到相應(yīng)自動化設(shè)備和/或?qū)崟r生產(chǎn)控制以及數(shù)據(jù)采集裝置的直接連接的組件，
，借助于CPM組件14，可以確定具有一致或相應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格的產(chǎn)品，并且借助于所確定的相應(yīng)性可以確定熔化過程或鑄造過程的范圍并且尤其是板坯或鑄造塊的數(shù)量，
借助于CPM組件12，可以確定或查詢當前的過程狀態(tài)和/或包含在數(shù)學模型中的信息、尤其是目標函數(shù)和/或其系數(shù)，并且 借助于CPM組件14，用于執(zhí)行對復雜生產(chǎn)順序進行優(yōu)化規(guī)劃的必要和/或?qū)嵸|(zhì)
的信息15可以被傳輸給示例性實施的系統(tǒng)16以便對工業(yè)設(shè)備運行中的復雜生產(chǎn)順序進行
優(yōu)化規(guī)劃，其中信息15例如是過程信息15a、訂單存量(Auftagsbestand)、數(shù)學模型15c的
配置和/或內(nèi)容、現(xiàn)有操作設(shè)備15b的維護信息和/或狀態(tài)信息，并且其中 借助于前述系統(tǒng)16和所傳輸?shù)男畔?，在處理?或包括預先確定規(guī)則和產(chǎn)品特
性參數(shù)、尤其是目標規(guī)定以及操作設(shè)備特性參數(shù)的情況下，還可以建立相應(yīng)優(yōu)化模型(數(shù)
學模型)，并且可以尤其是借助于模型求解器18形式的處理組件通過應(yīng)用相應(yīng)的求解算法
來對相應(yīng)的優(yōu)化模型(數(shù)學模型)進行求解，并且可以執(zhí)行將待制造的產(chǎn)品優(yōu)化地分組和
優(yōu)化地排序成產(chǎn)品系列和產(chǎn)品組，并且可以確定優(yōu)化的產(chǎn)品順序或生產(chǎn)順序， 可以在協(xié)議或報告、尤其是在數(shù)據(jù)存儲器上的日志文件20中獲取所有相關(guān)信息
和/或所確定的優(yōu)化產(chǎn)品順序或生產(chǎn)順序，并且，所確定的優(yōu)化產(chǎn)品順序或生產(chǎn)順序可以被回傳以便轉(zhuǎn)換相應(yīng)的生產(chǎn)過程或使其適配于相應(yīng)的CPM/MES 12。 在此，可以借助于XML或者其它公知的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(或者基于文件或者基于存儲器)、也經(jīng)由相應(yīng)的K通信連接和/或數(shù)據(jù)載體來傳輸用作優(yōu)化以及建立優(yōu)化的生產(chǎn)規(guī)劃的基礎(chǔ)的信息。
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對系統(tǒng)和/或優(yōu)化過程的初始化的優(yōu)化調(diào)用和/或適當請求由相應(yīng)的"hostingsystem (主機系統(tǒng))"、尤其是CPM系統(tǒng)或者相應(yīng)的K組件來引起，該"hosting system (主機系統(tǒng))"將所有相關(guān)信息傳輸給優(yōu)化過程或生成優(yōu)化生產(chǎn)規(guī)劃的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
一種借助于對建立在混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)的方法和算法上的混合整數(shù)優(yōu)化方法進行程序技術(shù)上的應(yīng)用來對尤其是鋼鐵工業(yè)中的工業(yè)設(shè)備運行中的復雜生產(chǎn)順序進行優(yōu)化規(guī)劃的方法，其中在處理和/或包括預先確定的規(guī)則和產(chǎn)品特性參數(shù)以及操作設(shè)備特性參數(shù)的情況下，逐步地執(zhí)行將待制造產(chǎn)品優(yōu)化分組和優(yōu)化排序成產(chǎn)品系列和產(chǎn)品組，并且確定優(yōu)化的產(chǎn)品順序或生產(chǎn)順序。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于， 在第一步驟(2)中，取決于產(chǎn)品特性參數(shù)以及操作設(shè)備特性參數(shù)并且基于規(guī)則地來 執(zhí)行根據(jù)訂單待制造的產(chǎn)品的有序預分類，*在第二步驟(4)中，取決于特性參數(shù)和/或基于規(guī)則地將該預分類細分成單個的產(chǎn)品 系列，并且在每個產(chǎn)品系列中，基于規(guī)則地借助于至少一個產(chǎn)品特性參數(shù)以及至少一個操 作設(shè)備特性參數(shù)將待制造的產(chǎn)品分組成單個的產(chǎn)品組，*在第三步驟(6)中，針對所有的產(chǎn)品組，取決于產(chǎn)品特性參數(shù)以及操作設(shè)備特性參數(shù) 并且基于規(guī)則建立數(shù)學模型，并且*在第四步驟(8)中，在各個操作設(shè)備上通過對數(shù)學模型應(yīng)用常規(guī)的MILP求解方法來 執(zhí)行并實現(xiàn)每個產(chǎn)品組中的產(chǎn)品、產(chǎn)品系列中的產(chǎn)品組以及產(chǎn)品系列中的產(chǎn)品和/或產(chǎn)品 的優(yōu)化排序。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，通過對于相關(guān)的產(chǎn)品特性參數(shù)實現(xiàn)或是相同和/或上升或增加的、或是相同和/或下 降或減少的值，而實現(xiàn)將待制造產(chǎn)品優(yōu)化分組和排序成產(chǎn)品組。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，對不同的產(chǎn)品特性參數(shù)和/或操作設(shè)備特性參數(shù)執(zhí)行自動和/或人工加權(quán)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，基于各個產(chǎn)品特性參數(shù)的加權(quán)，建立產(chǎn)品特性參數(shù)次序表。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，通過相應(yīng)的設(shè)備運行和/或相應(yīng)的制造過程來共同確定或表現(xiàn)不同產(chǎn)品特性參數(shù)的 預先確定的規(guī)則和/或加權(quán)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于， 在預先確定的規(guī)則中考慮不同產(chǎn)品特性參數(shù)的加權(quán)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2至7之一所述的方法，其特征在于，基于加權(quán)的產(chǎn)品特性參數(shù)和/或 操作設(shè)備特性參數(shù)來執(zhí)行所述有序預分類。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，允許或使得每個產(chǎn)品組的產(chǎn)品順 序中的產(chǎn)品特性參數(shù)能夠相應(yīng)地上升和下降。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，操作設(shè)備狀態(tài)信息和/或操作設(shè) 備性能和/或操作設(shè)備依賴性和/或操作設(shè)備聯(lián)結(jié)和/或目標規(guī)定或目標函數(shù)和/或處理 時間以及滿負荷時間和/或維護時間和/或維修周期被采用和/或被使用作為操作設(shè)備特 性參數(shù)。
11. 一種用于對尤其是鋼鐵工業(yè)的工業(yè)設(shè)備運行中的復雜生產(chǎn)順序進行優(yōu)化規(guī)劃的系 統(tǒng)，具有用于對建立在混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)的方法和算法上的混合整數(shù)優(yōu)化方法進 行程序技術(shù)上的應(yīng)用的設(shè)備，其中設(shè)置有如下設(shè)備，該設(shè)備被構(gòu)造為在處理和/或包括預先確定的規(guī)則和產(chǎn)品特性參數(shù)以及操作設(shè)備特性參數(shù)的情況下，逐步地執(zhí)行將待制造產(chǎn)品 優(yōu)化分組和優(yōu)化排序成產(chǎn)品系列和產(chǎn)品組，并且確定優(yōu)化的產(chǎn)品順序或生產(chǎn)順序。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，操作設(shè)備狀態(tài)信息和/或操作設(shè)備性能 和/或操作設(shè)備依賴性和/或操作設(shè)備聯(lián)結(jié)和/或目標規(guī)定或目標函數(shù)和/或處理時間以 及滿負荷時間和/或維護時間和/或維修周期被采用作為和/或被使用作為操作設(shè)備特性 參數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的系統(tǒng)，其特征在于，，設(shè)置有如下設(shè)備，利用該設(shè)備，能夠取決于產(chǎn)品特性參數(shù)以及操作設(shè)備特性參數(shù)并且 基于規(guī)則地執(zhí)行將根據(jù)訂單待制造產(chǎn)品有序預分類成單個的產(chǎn)品系列，，在每個產(chǎn)品系列中，能夠基于規(guī)則借助于至少一個產(chǎn)品特性參數(shù)以及操作設(shè)備特性 參數(shù)來執(zhí)行將待制造產(chǎn)品分組成單個的產(chǎn)品組， 對于每個產(chǎn)品組，能夠取決于產(chǎn)品特性參數(shù)以及操作設(shè)備特性參數(shù)并且基于規(guī)則地 確定數(shù)學模型，并且，設(shè)置有如下設(shè)備，利用這些設(shè)備，通過對所述數(shù)學模型應(yīng)用常規(guī)的MILP求解方法，能 夠引起并能夠?qū)崿F(xiàn)對每個產(chǎn)品組中的產(chǎn)品、產(chǎn)品系列中的產(chǎn)品組以及產(chǎn)品系列中的產(chǎn)品的 優(yōu)化排序。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11至13之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置有設(shè)備，利用這些設(shè)備， 通過對于相關(guān)的產(chǎn)品特性參數(shù)實現(xiàn)或是相同和/或上升或增加的、或是相同和/或下降或 減少的值，能夠執(zhí)行將待制造的產(chǎn)品優(yōu)化分組和排序成產(chǎn)品組。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11至14之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，能夠執(zhí)行對不同的產(chǎn)品特性 參數(shù)和/或操作設(shè)備特性參數(shù)的自動和/或人工加權(quán)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，基于各個產(chǎn)品特性參數(shù)的加權(quán)能夠建 立產(chǎn)品特性參數(shù)次序表。
17. 根據(jù)前面的權(quán)利要求11至16之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，通過相應(yīng)的設(shè)備運行 和/或相應(yīng)的制造過程來共同確定或表現(xiàn)不同產(chǎn)品特性參數(shù)的預先確定的規(guī)則和/或加 權(quán)。
18. 根據(jù)前面的權(quán)利要求11至17之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，在預先確定的規(guī)則中 考慮不同產(chǎn)品特性參數(shù)的加權(quán)。
19. 根據(jù)前面的權(quán)利要求11至18之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，能夠基于加權(quán)的產(chǎn)品 特性參數(shù)和/或操作設(shè)備特性參數(shù)來執(zhí)行有序預分類。
20. 根據(jù)前面的權(quán)利要求11至19之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，允許或使得每個產(chǎn)品 組的產(chǎn)品順序中的產(chǎn)品特性參數(shù)能夠相應(yīng)地上升和下降。
21. 根據(jù)前面的權(quán)利要求11至20之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，操作設(shè)備狀態(tài)信息和 /或操作設(shè)備性能和/或操作設(shè)備依賴性和/或操作設(shè)備聯(lián)結(jié)和/或目標規(guī)定或目標函數(shù) 和/或處理時間以及滿負荷時間和/或維護時間和/或維修周期被采用作為和/或被使用 作為操作設(shè)備特性參數(shù)。
全文摘要
借助于對建立在混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)的方法和算法上的混合整數(shù)優(yōu)化方法進行程序應(yīng)用來對尤其是鋼鐵工業(yè)中的工業(yè)設(shè)備運行中的生產(chǎn)順序進行優(yōu)化規(guī)劃的方法和系統(tǒng)，其中在考慮預先確定規(guī)則和產(chǎn)品特性參數(shù)以及操作設(shè)備特性參數(shù)的情況下，逐步地執(zhí)行將待制造產(chǎn)品優(yōu)化分組和優(yōu)化排序成產(chǎn)品系列和產(chǎn)品組，并且確定優(yōu)化的產(chǎn)品順序或生產(chǎn)順序。
文檔編號G06Q10/00GK101790746SQ200880104831
公開日2010年7月28日 申請日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者I·哈瓊科斯基 申請人:Abb研究有限公司